1.5　选择分离技术的一般规则

分离方法的选择首先需从产品纯度和回收率入手；其次是了解混合物中目标产物与共存杂质之间在物理、化学与生物性质上的差异；然后比较这些差异及其可利用性；最后确定其工艺可行且最为经济的具体分离方法。

产品纯度依据其使用目的来确定，主要起质量导向作用，是确定分离技术的前提条件。因为质量不合格，就没有市场，就实现不了价值。而回收率则取决于当时能实现的技术水平，与经济性和环境保护要求相关，是成本导向和环境导向的主要考虑因素。

1.5.1　选择的基本依据

混合物的宏观和微观性质的差异是选择分离方法的主要依据，这些宏观或微观的性质差别反映了分子本身性质的不同。物质的分子性质对分离因子的大小有重要的决定作用。利用目标产物与其他杂质之间的性质差异所进行的分离过程，可以是单一因素单独作用的结果，也可以是两种以上因素共同作用的结果。

（1）待处理混合物的物性

分离过程得以进行的关键因素是混合物中目标产物与共存杂质的性质差异，如在物理、化学、电磁、光学、生物学等几类性质方面存在着至少一个或多个差异。利用混合物中目标产物与共存杂质的性质差异为依据来选择分离方法是最为常用的。若溶液中各组分的相对挥发度较大，则可考虑用精馏法；若相对挥发度不大，而溶解度差别较大，则应考虑用极性溶剂萃取或吸收法来分离；若极性大的组分浓度很小，则用极性吸附剂分离是合适的。

（2）目标产物的价值与处理规模

处理规模通常指的是处理物或目标产物量的大小，由此可将工程项目的规模分为大、中、小、微型四类，其间没有明确的界限。但目前常用投资额度大小来言其工程的规模。一般说来，较大项目的工程投资与其规模的0.6次方成正比，当规模小到某一程度后，由于工艺过程所必需的管道、仪表、泵类、贮罐等部分的投资与其关联不太大，基本上为定值，但却常占工程投资的较大部分，由此导致较小规模的投资比例增大。另外，与大规模操作相比较，小规模需投入的操作费用却不会相应减少很多。

目标产物的价值与规模大小密切相关，常成为选择分离方法的主要因素。对廉价产物，常采用低能耗、无需分离剂，或廉价分离剂，以及大规模生产过程，如海水淡化、合成氨生产、聚乙烯生产、聚丙烯生产等；而高附加值产物则可采用中小规模生产，如药物中间体。另外，规模大小也与所采用的过程有关，如大规模的空气分离用深冷蒸馏法最经济，而对小规模或中等规模的空气分离，则采用中空纤维式膜分离法较为合适。

（3）目标产物的特性

目标产物的特性是指热敏性、吸湿性、放射性、氧化性、光敏性、分解性、易碎性等一系列物理化学特征。这些物理化学特性常是导致目标产物变质、变色、损坏等的根本原因，因此成为分离方法选择中的一个重要因素。

对热敏性目标产物，当采用精馏技术会使其因热而损坏时，采用缩短物料在高温下的停留时间的方法，或采用减压（膜）蒸馏等。

在对某些目标产物的提取、浓缩与纯化过程中，不能将有关分离剂夹带到目标产物中，否则将会严重损害产品质量。对易氧化的产物需要考虑解吸过程所用气体中是否有氧存在；对生物制品则需要注意由于深度冷冻可能导致生物制品的不可逆破坏等因素。

（4）产物的纯度与回收率

产物的纯度与回收率二者之间存在一定的关系。一般状况下，纯度越高，提取成本越大，而回收率则会随之降低。因此在选用分离方法时常需综合考虑。

（5）工艺可行性与设备可靠性

通常应尽可能避免在过程中使用很高或很低的压力或温度，特别是高温和高真空状态。如一些膜分离工艺过程，其对进料体系的预处理有一定的要求，否则，随着过程的进行，透过膜的通量将会不断下降，最后达到无法运行的地步，导致膜的清洗或更换频繁。另外，膜种类与膜组件结构形式选择不当，不仅关系到过程的操作成本，而且影响产出效率。

在分离方法选定以后，分离设备的能力与可靠性也是一个重要因素，某些方法由于设备的限制而难以实现工业应用。如膜组件的形式有毛细管式、卷式、板式以及陶瓷管式等多种，它们单位体积内的比表面积差异很大，导致组件传质特性参数的差异。为此，需要考虑所选膜组件的适用范围和长期稳定性问题。

1.5.2　过程的经济性

过程的经济性是基于技术可行性之上，过程能否商业化，取决于其过程的经济性。如膜技术虽具有特色，但尚不能取代某些常规过程，将膜与某些常规过程相结合，则可得到最优方案，使得过程具有更好的经济效益。

过程经济性在很大程度上取决于待处理物的回收率和目标产物的质量。待处理物的回收率的高低是过程经济性的主要指标；而提高目标产物的质量，意味着其使用价值的提高，也体现了产品的经济价值。

采用级联分离是化工过程常用的技术之一。膜分离过程较难实现多级过程，而精馏则可在一个塔内实现多级过程，对于色谱分离，则实际上是多级过程的极限。因此，膜分离适用于分离因子较大、目标产物纯度不太高的体系，精馏次之，而色谱适用于分离因子小、产品纯度要求高的体系。

以燃料酒精的生产为例，其发酵液中酒精的浓度仅为3％～7％，采用蒸馏方法制取95％的酒精，需将大量的水脱除，能耗极大；无水酒精若选用萃取或恒沸精馏法制取，则过程需用物质分离剂。选用新型的渗透汽化膜技术，对稀酒精段采用透醇膜将酒精增浓，而在浓酒精段采用透水膜将少量的水脱除，既降低能耗，又提高产物质量。

1.5.3　组合工艺排列次序的经验规则

将一个多组分混合物分离成几个产品时，常常有多种不同的分离方法可以采用。同一混合物按不同的分离方法分离时，所获得的产物顺序也不相同。在这种条件下，选择哪一条组合工艺路线比较合理和具有最优化是需要重点考虑的问题。

为此，我们通常采用的步骤为：先确定项目的分离目的，其次分析所需的能量及其来源，接着评估生产规模及产物纯度等。在此基础上再来选择分离方法。一般条件下首选反应分离技术，其次为多级分离技术；先处理量大的，尽可能选择自动化操作程度高且简单的分离方法。

新型分离技术的发展与科学技术的研究水平、人类对自然界的探索及生活需求密切相关。如生物技术的迅速发展，大大地促进了新型分离技术的开发和应用研究。因为生物产品分离具有对象复杂、产物浓度低、产品易变性等特点。迫切需要更合适的分离技术，以提高产品质量，降低成本。这就使膜技术、超临界萃取、色谱分离等技术在生物大分子物质的提取与纯化方面备受关注。又如航天载人空间飞行器及空间实验室中的生命保障系统是宇航员生活与工作的前提，该系统中的CO2收集与浓缩、水电解产氧、卫生保健用水的再生处理、微重力下气液两相分离以及空间高等植物栽培过程中营养物的供给、温度与湿度的调节等方面均需攻克来自分离方面的技术难关。已有探索研究结果表明，一方面，膜基吸收与气提，促进传递等新型分离技术有可能在以上某些应用中获得成功；另一方面，环保和节能日益成为全世界关注的焦点，更促进某些具有低能耗、无污染特点的新型分离技术的发展和应用。